2-肿瘤的生物学特性.
首先:Pre-RC(pre-replication complex)复制前复合物组装
由ORC(origin recognition complex,起始部位识别复合物)
事先结合于DNA复制的起始部位 CDC6p 到达DNA复制起始部位,催化Mcm结合到DNA
复制起始部位
Mcm 三组蛋白组合成Pre-RC,只有Pre-RC组装完成才能进行下一步
分类 ① P21 CIP1/WAF1 P27K2P1 序列同源性 40%
② P16 INK P15INK4β 38-82% 与CDK4、CDK6抑制有关
功能:与CDK2 、CDK4抑制有关
机理:未确切清楚
大多数情况如下:
CKI
cyclin-CDK cyclin-CDK-CKI
个别情况如下:
P16INK4 + CDK4
CDK的激活主要受cyclin、CAK、 Weel/CDC25
和CKI 等方面的调控;而在细胞周期演过程中,
同时受到R点的制约和G1、G2检测点和时相次
序的监控, 确保细胞周期适时运行和忠实复制,
最终能精确地完成细胞的生长与分裂。
① cyclins水平在细胞周期呈时相性起伏 cyclins分别在细胞周期不同时相呈高峰表达:
② 特定的CDK被特定的cyclin结合并激活
cyclin D1. 2. 3 / CDK2. 4. 5. 6 它们的结合 G1期运行必要条件 cyclin E / CDK2 cyclin A / CDK2 cyclin B1 /CDC2(CDK1) S 期启动 G2期启动,运行 M 期启动,运行
* 若该区突变,则调节CDK功能丧失
CDK的分子结构(功能区) 催化亚单位,300+aa,在该区内 CDK2: Thr 160(苏) CDK1: Thr 161(苏) 非活化态下: 活化态下:
“T”环遮盖
该处被暴露才有可能
被磷酸化而激活,
(由CAK完成)
(2)CAK对cyclin-CDK复合物中CDK-Thr160/161的磷酸化 CAK:cyclin-dependent kinase-activated kinase CDK激活性蛋白激酶
(磷酸酶)
+ 14-3-3蛋白 (14―3-3)-CDC25-Ser-216 (CDC25失活)
+cyclnB1/CDC2-thr14/tyr15
cyclinB1/CDC2-thr14/tyr15-
结果:CDC2不能被激活,抑制细胞G2
M,而中止于G2期
(3)时相次序检测的监控 ①通过不同类型的cyclin呈时相性起伏,特异性地结合特 定的CDK,从而使CDK呈时相地激活,有序地推进细 胞周期时相运行;
2.细胞周期的驱动机制(R点的通过) 目的:启动G1 (Restriction point)
S
综上所见:pRb为主要制动分子,通过pRb的磷酸化状态 控制细胞周期的启动 周期启动前:低磷酸化pRb/E2F 周期启动时:CDK4激活 pRb + E2F pRb失去对细胞周期的抑制 结果:①细胞周期跨过R点从G1 S ②E2F启动S期DNA合成、转录及相关蛋白合成
3.细胞周期的监控机制(检测点的检测作用) 目的:检测DNA复制的 忠实性
(1) 检测点的类型:
(check point)
从功能角度: ①DNA损伤检测点:检测DNA损伤、修复/合成错误
②时相次序检测点:确保细胞周期时相的严格次序,不重复性
从机制角度: ①传感器部分:发现DNA损伤/错误,转换成信号传到下一部分;
* CDK分子近NH4- 端 CDC2-Thr14(苏氨酸残端) CDK2-Tyr15(酪氨酸残端) Weel/CDC25是一对作用相反的酶,通过控制 CDK-Thr14/tyr15的磷酸化/去磷酸化, 进一步控制CDK的活性
(4)CKIs对CDK活性的负调节(抑制)作用 CKIs细胞周期依赖性蛋白激酶抑制物(CDK inhibitor) 由CKI基因编码的蛋白质家族
物理(放射线)
化学(缺氧) 生物(病毒)
(转录水平调节)
结果:抑制细胞G1
S向前运行,为DNA修复提供足够的时间。
(P21 WAF1为细胞周期通用性抑制物 可在多个周期时相发挥作用)
② G2期检测点的监控:
DNA损伤 激活 hATM/hATR (蛋白激酶) chk1 (蛋白激酶)
CDC25-ser.216
② S期和G2-M期分别有不同的促进因子 SPF(S-phase
promoting factor)和 MPF(M-phase promoting factor) 分别承担不同的功能 SPF: 存在于S期,诱发G1 S期,不能使G2 S期
MPF:存在于G2-M期,诱发细胞进行有丝分裂
③ S期启动DNA复制步骤的检测
CDKs主要功能: 各自在细胞周期的特定时间被激活,对相应底物磷酸化,从 而驱动细胞完成生长、分裂这一完整的细胞周期;
CDKs在发挥细胞周期调控作用的整个过程中,含量不变, 活性/非活性比例变化。
CDKS活性状态的调控: Cyclins + +
-
CKI CDKs
±
(1)cyclin 的起伏 (2)CAK的磷酸化 (3)Weel/cdc25磷酸化/去磷酸化 (4)CKIs的抑制
肿瘤的生物学特性 ──增生、浸润与转移
一、肿瘤的概念:
以往概念: (现象) 机体组织细胞 各种致癌、促癌因素 持续异常增生 新生长物/新生物 (neogrowth/neoplasm) 无止境异常增生 失分化 功能不协调 物理 化学 生物学
目前概念: (本质) 1.多基因参与,通常2个/2个以上癌/抑制基因(除Rb例外) 按一定方式组合 例如: 结肠癌 APC RAS P53 DCC 脑胶质瘤 P53 Interferons MTS1 MTS2 EGFR 肺癌 RAS c-myc erbβ2(EGFR) Rb P53 3P
CAK
Weel/cdc25
(1)cyclins对CDKS 活性的调控
cyclins 是调控 CDKS 在细胞周期呈特定时间激活(时相 性 激活)的关键因子, 人类cyclins(细胞周期素)主要成员有: cyclin D1.2.3(由ND3基因编码 ) cyclin E cyclin A cyclin B1 cyclins对CDK的调控机理:
综上所述:细胞周期能够运行完成细胞周期, 从G1 S G2 M
最终使细胞一分为二,是依靠上述的四方面机制: cyclins、CAK、Weel/CDC25、 CKI调控处于不同 时期的CDKs的活性状态而实施的,其中CDKs的激活 是整个事件的关键。然而,细胞能否进入细胞周期 的运行,运行过程是否忠实无误,则还有赖于细胞 周期的驱动和监控两方面。
*肿瘤是一类细胞周期疾病
综上所述:肿瘤是多基因经历多步骤变化导致细胞周期 紊乱,使细胞失控性生长而形成的新生物(新生长物)
不同致癌(促癌)因素
不同部位 不同基因改变 不同器官 不同组织类型 (具有不同的生物学特性) 的肿瘤
失控性增生
恶性肿瘤的共同生物学特性 浸润 转移
二 肿瘤细胞失控性增生 (一) 细胞周期 (cell cycle)
cyclin H-CDK7-Thr170 (CAK)
例: pRb-E2F
pRb- +E2F
(3)Weel / CDC25 对cyclin-CDK复合物中 CDK-thr 14/tyr15*的磷酸化/去磷酸化 Weel 性质:一种蛋白激酶 作用:促进底物磷酸化 CDC25 磷酸酶家族 CDC25 A.B.C 使底物去磷酸化 CDC25 A.B.C分别在G1.S.G2 发挥对CDK的调控
细胞间期 G1(DNA合成前期) (interphase) S(DNA合成期) G2(DNA合成后期) 有丝分裂期 M (mitosis) 静止期 Go 细胞离开细胞分裂周期,处于静止状态, (quiescence) 但保持增殖能力 S G1 Go
合 成 物 质 水 平 蛋白质 RNA DNA ++ ++ +++ ++ +++ ++ + +
G2 M
有丝分裂期 (mitosis) 前期 染色体凝集,中心粒移向核两端,核 prophase 仁解体,核膜消失
中期 纺锤体形成,染色体排列在中间,形 metaphase 成赤道板
后期 anaphase 姐妹染色体分开,移向两极
末期 子核形成,胞质分裂 telophase
(二)细胞周期调控机理 1.细胞周期调控机制的核心 ——CDKs (cyclin-dependent kinase) CDKs: 一组由CDK基因所编码的蛋白激酶,细胞周期素 依赖性激酶 这组蛋白激酶的共同特性,主要是: ① 大小非常接近,分子量在35-40KD; ② 40%以上氨基酸相同; ③ 主要功能均在细胞周期调控中起核心作用 人类CDKS已发现的主要成员有: CDK1(CDC2) CDK5 CDK2 CDK6 CDK4 CDK7
第二:S期CDK/DDK(不同的蛋白激酶)被激活后 启动 DNA复制,
同时 , S、M期CDK的激活 Pre-RC再组装
上述结果:保证细胞周期按序进行S期的DNA复制,且只能一次
④ M期完成有丝分裂步骤的检测 主要是由APC(anaphase promoting complex 又称cyclosome,有丝分裂后 期促进复合物)承担 首先: M期CDK激活 第二: APC激活 泛肽化途径 有丝分裂后期的抑制物降解 Pdslp 与姊妹染色体分离有关 (识别含裂解盒蛋白)
cutzp
Aselp 与后期纺锤体有关 Polo/CDC5 促M期蛋白的激酶
M期cyclin
结果:姊妹染色体分离,形成两个子细胞 APC活性至G1期为止,使G1期CDK能累积 M期cyclin 水解,松解了pre-RC组装的抑制 为下一周期作准备